Углеводы

1. Углеводы

Общая формула Сn(H2O)m

2. Биологическая роль

• Энергетическая (глюкоза, гликоген)
• Структурная (гетерополисахариды)
• Защитная (иммуноглобулины)
• Осморегуляторная (глюкоза)
• Антисвертывающая (гепарин)

3. Классификация

Углеводы
Моносахариды
Альдозы
Кетозы
Олигосахариды
ДиТрисахариды
Полисахариды
Гомополисахариды
Гетерополисахариды

4. Олигосахариды

5. Структура гомополисахаридов – крахмала и гликогена

6. Гетерополисахариды

• Хондроитинсульфаты входят в состав хряща
• Гиалуроновая кислота- входит в состав
соединительной ткани и рубцов.

7. Формулы Фишера и Хеуорса С6Н12О6

8. Центры асимметрии, количество изомеров N=2n

9. Стереоизомерия углеводов

10. Мутаротация:

11. Химические свойства

• Окисление до моно-, дикарбоновых
и гликуроновых кислот
• Восстановление до спиртов
• Образование сложных эфиров
• Образование гликозидов
• Брожение: спиртовое,
молочнокислое, лимоннокислое и
маслянокислое

12. Переваривание и всасывание углеводов

• В полости рта амилаза
слюны расщепляет
-1,4-гликозидные связи,
образуя декстрины.
• В верхнем отделе
кишечника
панкреатическая
амилаза расщепляет 1,4-гликозидные связи.
• На поверхности клеток
кишечника гидролиз
катализируется
ферментами: сахаразоизомальтазным
комплексом, сахаразой,
лактазой, мальтазой и
изомалътазой.

13. Всасывание углеводов в кишечнике

Всасывание моносахаридов из кишечника в кровь
осуществляется транспортерами ГЛЮТ (белкамипереносчиками) путем облегченной диффузии за счет
градиента концентрации ионов Na+ (симпорт),
создаваемого Na+, К+-АТФ-азой.
Имеются 5 типов ГЛЮТ:
ГЛЮТ-1 переносит глюкозу в мозг
ГЛЮТ-2 – из крови в β-клетки п/ж; из энтероцитов и
печени в кровь
ГЛЮТ-3 – из крови в ткани
ГЛЮТ-4 – из крови в клетки мышц и жировой ткани

14. Нарушения переваривания и всасывания углеводов

МАЛЬАБСОРБЦИЯ
1. Наследственный или приобретенный дефицит
лактазы или сахаро-изомальтазного
комплекса
2. Наследственный или приобретенный дефект
системы транспорта моносахаридов
Клинические проявления:
• Нерасщепленные углеводы и продукты их
переваривания кишечной микрофлорой:
органические кислоты и газы вызывают
приток воды – осмотическую диарею, спазмы,
метеоризм, боли

15. Гликолиз

1-я реакция – фосфорилирование глюкозы необратима
(гексокиназа)
2-я реакция – изомеризация

16.

3-я реакция – фосфорилирование фруктозо-6-фосфата
(фосфофруктокиназа)
6
1
5
2
4
3
4-я реакция: превращение фруктозо-1,6-бисфосфата в
триозофосфаты (альдолаза) (I этап)

17. 5-я реакция: реакция изомеризации

1
4
2
5
3
6

18. 6-я (глицеральдегидфосфатдегидрогеназа) и 7-я реакции (фосфоглицераткиназа)

1-е субстратное фосфорилирование
Aldehyde
group
1
2
1
3
2
3
NAD+dependent
1
2
3
Mixed
anhydride
1
2
3

19. 8-я и 9-я реакции

Фосфоглицератмутаза, енолаза – образование макроэрга
фосфоенолпирувата
1
1
2
2
3
3
1
1
2
2
3
3

20. 10-реакция – 2-е субстратное фосфорилирование (пируваткиназа)

21. 11-я реакция – восстановление пирувата

22. Значение гликолиза

• Основной путь окисления глюкозы
• В анаэробных условиях гликолиз –
единственный процесс, приводящий к
образованию АТФ
• Образование промежуточных
метаболитов, из которых синтезируются
аминокислоты, липиды, азотистые
основания и др.

23. Окислительное декарбоксилирование пирувата

1. Пируватдегидрогеназа – ТДФ
2. Дигидролипоамидацетилтрансфераза –
липоевая кислота
3. Дигидролипоамиддегидрогеназа – ФАДН2
• Коферменты НАД и коэнзим-А находятся в
растворе

24. Механизм реакции окислительного декарбоксилирования пирувата

Тиаминпирофосфат
Липоевая кислота
Коэнзим-А
ФАД
НАД

25. Цикл Кребса

• Играет центральную роль в метаболизме –
«общий котел, в котором сгорают все
органические соединения»
• Амфиболиты: оксалоацетат, малат
включаются в глюконеогенез; сукцинилКоА в синтез порфиринов; оксалоацетат
и α-кетоглутарат в синтез аминокислот
• Энергетический обмен – НАДН, ФАДН2

26. Цикл Кребса

27. Ферменты цикла Кребса

28. Регуляция цитратного цикла

Ключевые ферменты ЦИТРАТСИНТАЗА,
ИЗОЦИТРАТДЕГИДРОГЕНАЗА и
α-КЕГЛУТАРАТДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ комплекс
Повышение концентрации оксалоацетата, АДФ
активирует ключевые ферменты
Повышение концентрации цитрата, НАДН, АТФ,
сукцинил-коА ингибирует ключевые ферменты

29. Глюконеогенез (сходство и отличие с гликолизом)

Синтез глюкозы из пирувата протекает, как
при гликолизе, но в обратном направлении.
1-я реакция фермент пируваткарбоксилаза:
ПВК + СО2 + АТФ → Оксалоацетат + АДФ + Фн
2-я реакция фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа:
Оксалоацетат + ГТФ → Фосфоенолпируват + СО2 + ГДФ
Обходные пути:
13-я реакция (3-я в гликолизе) фермент фруктозо-1,6бисфосфатаза:
14-я реакция (1-я в гликолизе) фермент глюкозо-6-фосфатаза

30. Глюконеогенез

• При углеводном или полном голодании, а
также при длительной физической работе
концентрация глюкозы в крови
поддерживается за счет глюконеогенеза.
• Глюконеогенез в условиях голодания идет из
гликогенных аминокислот
• При распаде жиров образуется глицерин,
который через диоксиацетонфосфат
включается в глюконеогенез.
• Лактат, образующийся при интенсивной
физической работе в мышцах, в печени
превращается в глюкозу.

31. ФОСФОГЛЮКОНАТНЫЙ ПУТЬ (пентозофосфатный цикл)

В печени, коре н/п, эритроцитах, жировой ткани,
семенниках, молочной железе в период лактации
Общая формула:
3глюкозо-6-фосфат + 6НАДФ+ → 3СО2 + 6(НАДФН + Н+)
+ 2фруктозо-6-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат
Значение:
Обеспечивает а) синтез НК рибозой
б) НАДФН – синтез липидов, обезвреживание
ксенобиотиков, восстановление глутатиона
в) глицеральдегид-3-фосфат вступает в цикл Кребса

32. ФОСФОГЛЮКОНАТНЫЙ ПУТЬ

33. ФОСФОГЛЮКОНАТНЫЙ ПУТЬ – 1 этап

Глюкозо-6-фосфат+NADP+→6-Фосфоглюконолактон+NADPН
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
Глутатионредуктаза НАДФН-зависимый
фермент
6-Фосфоглюконолактон + Н2О + NADP+→ Рибозо-5-фосфат +
СО2 + NADPН + Н+

34. ФОСФОГЛЮКОНАТНЫЙ ПУТЬ – 2 этап

• Эпимераза и изомераза превращают Рибулозо-5-фосфат в
Ксилулозо-5-фосфат и Рибозо-5-фосфат
• Транскетолаза (ТДФ) переносит 2-углеродный фрагмент:
ксилулозо-5-фосфата + рибозо-5фосфат→глицеральдегид3-фосфат + седогептулозо-7-фосфат
• Трансальдолаза переносит 3-углеродный фрагмент:
седогептулозо-7-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат →
эритрозо-4-фосфат + фруктозо-6-фосфат

35. Гликоген – запасная форма глюкозы

• Гликоген содержит от 6000 до 300000 остатков глюкозы.
Гликоген запасается в клетках печени (7%), в скелетных
мышцах (1-3%), в сердце (0,5%).
Структура гликогена

36. Гликогенез активируется во время пищеварения (абсорбтивный период)

• Биосинтез глюкозо-1-фосфата

37. Гликогенез

УДФ-глюкопирофосфорилаза
Гликогенсинтаза
Амило-1,4→1,6-глюкозилтрансфераза (фермент
ветвления) переносит фрагмент (от 6 до 11 остатков ) с
образованием α-1,6-гликозидной связи

38. Фермент ветвления - глюкозил- 1,4-1,6-трансфераза образует боковую цепь путем переноса фрагмента из 5-6 остатков глюкозы на

Гликогенез
Фермент ветвления - глюкозил1,4-1,6-трансфераза образует
боковую цепь путем переноса
фрагмента из 5-6 остатков
глюкозы на внутренний остаток
глюкозы, соединяя его а1,6гликозидной связью.
Затем удлинение цепей и
ветвление их повторяется много
раз. В итоге образуется сильно
разветвленная молекула,
содержащая до 1млн глюкозных
остатков.

39. Гликогенолиз

• Распад гликогена — гликогенолиз.
• Гликогенолиз, происходит в период между
приемами пищи – постабсобтивный период
• Фермент фосфорилаза расщепляет только α-1,4
гликозидные связи.
• Связи в точке ветвления гидролизуются
ферментом амило-α-1,6-гликозидазой, которая
отщепляет мономер глюкозы в свободном виде.

40. Гликогенолиз

41. Регуляция метаболизма гликогена

• В основе регуляции обмена гликогена лежит изменение
активности ключевых ферментов гликогенсинтазы и
гликогенфосфорилазы. Регуляция активности этих ферментов
осуществляется путем фосфорилирования —
дефосфорилирования, т.е. ковалентной модификации .
• Гликогенфосфорилаза и Гликогенсинтаза имеют 2 формы:
а – активная и b – неактивная
• Гликогенфосфорилаза в фосфорилированной форме
активная, в дефосфорилированной форме – неактивная
• Гликогенсинтаза в фосфорилированной форме неактивная,
активная, в дефосфорилированной форме – активная
• В абсорбтивный период инсулин ингибирует
Гликогенфосфорилазу и активирует Гликогенсинтазу
• В постабсорбтивный период Адреналин и Глюкагон
активируют Гликогенфосфорилазу

42.

Гликогенфосфорилаза b
Фн
Фн
Н2 О
АТФ
Адреналин и
глюкагон активируют
гликогенфосфорилазу
АДФ
Гликогенфосфорилаза а
активная
Инсулин активирует гликогенсинтазу и ингибирует гликогенфосфорилазу
Гликогенсинтаза а
активная
Фн
Н2О
АТФ
Фн
Гликогенсинтаза b
АДФ

43. Нарушения обмена гликогена

• Гликогенозы – дефект ферментов обмена гликогена:
печеночные и мышечные
• Гликогеноз I типа (болезнь Гирке) - наследственный
дефект синтеза глюкозо-6-фосфатазы в печени и почках.
Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному
типу. Патологические симптомы: увеличены печень,
почки. В результате гипогликемии появляются судороги,
задержка роста. В крови повышается концентрация
лактата и пирувата, что ведет к ацидозу.
Гипертриацилглицеролемия – снижение активности
ЛП-липазы, активируемой инсулином. Гиперурикемия –
следствие активации ПФЦ (синтез рибозо-5-фосфата из
глюкозо-6-фосфата)

44. Обмен фруктозы

Фруктокиназа
• Фруктоза + АТФ
Фруктозо-1-фосфат + АДФ
• Фруктозо-1-фосфат → → Дигидроксиацетонфосфат +
глицеральдегид-3-фосфат → → → Пируват →
Ацетилкоэнзим-А → цикл Кребса, синтез ЖК
Патология
• Недостаточность фруктокиназы – фруктозурия
• Непереносимость фруктозы – наследственная
ауто-рецессивная форма патологии.

45. Обмен галактозы

Фермент Галактокиназа:
• Галактоза + АТФ → Галактоза-1-фосфат + АДФ
Фермент Галактоза-1-фосфатуридилтрансфераза:
• Галактоза-1-фосфат + УДФ-глюкоза →
УДФ-галактоза + Глюкозо-1-фосфат
Фермент Уридилфосфат-4-эпимераза
превращает:
• УДФ-галактоза → УДФ-глюкоза → Гликоген
• Глюкозо-1-фосфат → Глюкозо-6-фосфат →
Гликолиз, глюкоза

46. Нарушения обмена галактозы

Недостаточность ферментов
Галактокиназы. Клинические проявления:
галактоземия, галактозурия, катаракта
Галактоза-1-фосфат-уридилтрансферазы.
Клинические проявления: галактоземия,
галактозурия, гепатомегалия, цирроз печени,
нарушение ф-ции почек, задержка развития
Уридилфосфат-4-эпимеразы. Клинические
проявления: галактоземия, галактозурия

47. Регуляция углеводного обмена

• Повышение концентрации глюкозы в абсорбтивный период (во
время пищеварения) увеличивает инсулин/глюкагоновый
индекс и активирует ферменты гликолиза, гликогеноза
• Понижение концентрации глюкозы в постабсорбтивный период
понижает инсулин/глюкагоновый индекс и активирует
глюконеогенез, гликогенолиз
• Инсулин и глюкагон регулируют активность глюкокиназы
(гексокиназы), фосфофруктокиназы, пируватдегидрогеназного
комплекса (липогенез), гликогенсинтазы путем ковалентной
модификации (фосфорилирования – дефосфорилирования).
• АТФ/АДФ, АМФ и НАДН/НАД являются эффекторами –
аллостерическими регуляторами скорости гликолиза и
глюконеогенеза
• Адреналин активирует гликогенфосфорилазу в печени и
мышцах при физической нагрузке
• Кортизол активирует глюконеогенез путем индукции генов при
голодании из аминокислот.

48. Нарушения углеводного обмена

• Сахарный диабет: гипергликемия,
глюкозурия
• Увеличение содержания лактата и
пирувата в крови наблюдается при
поражениях паренхимы печени (поздние
стадии гепатита, цирроз печени) в
результате торможения процессов
глюконеогенеза в печени.
• Гликогенозы

49. Гипогликемия

• При гипофизарной кахексии, аддисоновой
болезни, гипотиреозе.
• При аденомах поджелудочной железы
повышается синтез инсулина -клетками
панкреатических островков.
• При голодании, продолжительной физической
работе, приеме -ганглиоблокаторов.
• При беременности, лактации.

50. Значение витаминов в обмене глюкозы

• Авитаминоз В1, В2,, липоевой кислоты,
никотиновой кислоты приводит к накоплению в
организме пирувата, который влияет на
деятельность нервных клеток, приводя к
параличам и потере чувствительности.
• В клетках центральной нервной системы до 90%
пирувата превращается в ацетил-коэнзимА
(СН3СО~SКоА).
В печени декарбоксилируется лишь 15–20%
пирувата. Поэтому клетки центральной нервной
системы более чувствительны к недостатку
витаминов.